北方賽區(qū)智能車競賽技術交流

1、智能車競賽技術交流智能車競賽技術交流(北方賽區(qū)北方賽區(qū))東北大學東北大學 王明順王明順 一、智能車大賽背景 比賽以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、比賽以迅猛發(fā)展的汽車電子為背景，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械模式識別、傳感技術、電子、電氣、計算機、機械等多個學科交叉的科技創(chuàng)意性比賽，旨在培養(yǎng)大學等多個學科交叉的科技創(chuàng)意性比賽，旨在培養(yǎng)大學生對知識的把握和創(chuàng)新能力，以及從事科學研究的生對知識的把握和創(chuàng)新能力，以及從事科學研究的能力。能力。 在韓國，漢陽大學發(fā)起該賽事，從在韓國，漢陽大學發(fā)起該賽事，從20002000年起，韓年起，韓國已成功舉辦了六屆。國已成功舉辦了

2、六屆。 教育部高等教育司委托教育部高等教育司委托( (教高司函教高司函20052012005201號文號文) ) 高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦全國大高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦全國大學生智能車競賽。學生智能車競賽。2007-1-29東北大學 王明順 3 為了更好的推動汽車電子技術的發(fā)展，加強為了更好的推動汽車電子技術的發(fā)展，加強大學生的科技創(chuàng)新能力，該比賽于大學生的科技創(chuàng)新能力，該比賽于20062006年年在我國首次展開。在我國首次展開。 20062006年年8 8月月2121日第一屆日第一屆“飛思卡爾飛思卡爾”杯全國杯全國智能車邀請賽在清華大學綜合體育館成功舉智能車邀請賽

3、在清華大學綜合體育館成功舉行，包括清華大學、上海交通大學、西安交行，包括清華大學、上海交通大學、西安交通大學等在內的全國各地及港澳地區(qū)的通大學等在內的全國各地及港澳地區(qū)的5757所所高校高校112112支代表隊參加了此次比賽支代表隊參加了此次比賽 。 該比賽的公開、公平與公正的比賽規(guī)則，該比賽的公開、公平與公正的比賽規(guī)則，以及該比賽是基于迅猛發(fā)展的汽車電子的創(chuàng)以及該比賽是基于迅猛發(fā)展的汽車電子的創(chuàng)意性比賽，激發(fā)了大學生參加該比賽的熱情。意性比賽，激發(fā)了大學生參加該比賽的熱情。2007-1-29東北大學 王明順 4韓國韓國20042004年賽道年賽道韓國韓國20042004年智能車運行展示年智能

4、車運行展示20062006年清華比賽現(xiàn)場年清華比賽現(xiàn)場20062006年全國智能車邀請賽部分視頻年全國智能車邀請賽部分視頻比賽賽道及視頻欣賞2007-1-29東北大學 王明順 5二、車體概況電機電機舵機舵機轉速測量轉速測量2007-1-29東北大學 王明順 6 由上圖可以看出，車體部分由電機、舵機與測速等部分組成 。 電機性能的好壞與與電機的驅動部分密切相關，大賽組委會提供了一種電機驅動芯片MC33886，另外還有多種電機驅動芯片可使用，如L298。通過改變PWM的占空比可控制電機的轉速。下面將簡單介紹電機的特性與兩種電機驅動芯片的電氣性能。2007-1-29東北大學 王明順 7電機電機RS-

5、380SH特性特性電機特性2007-1-29東北大學 王明順 8RS-380SH-4045特性曲線2007-1-29東北大學 王明順 9MC33886芯片p 工作電壓：工作電壓：5-40V5-40V；p導通電阻：導通電阻：120120毫歐姆；毫歐姆；p輸入信號：輸入信號：TTL/CMOSTTL/CMOS；pPWMPWM頻率：頻率： 10KHz 10KHz；p短路保護、欠壓保護、過溫保護等短路保護、欠壓保護、過溫保護等。2007-1-29東北大學 王明順 10MC33886芯片的典型應用2007-1-29東北大學 王明順 11電機驅動芯片L298的特點p 操作電壓可到操作電壓可到46V46V；p

6、總的直流電流可以到達總的直流電流可以到達4A4A；p低飽和電壓；低飽和電壓；p過溫保護；過溫保護；p邏輯邏輯“0”0”的輸入電壓可達到的輸入電壓可達到1.5V1.5V。2007-1-29東北大學 王明順 12 舵機在智能車的轉向控制中起著重要作用，它決定了智能車行駛時的方向性。下面將從以下幾方面來介紹： 舵機功能 舵機結構 舵機的基本參數 舵機控制方法智能車的舵機簡介2007-1-29東北大學 王明順 13舵機結構 舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計5k，直流電機、控制電路板等； 工作原理： 控制信號控制電路板電機轉動齒輪組減速舵盤轉動位置反饋電位計控制電路板反饋； 控制量舵盤角度2007-1-

7、29東北大學 王明順 14v尺寸：39.4*37.8*27.8v重量：56gv工作速度: 0.11sec/60(4.8V) 0.08sec/60 (6.0V)v堵轉力矩: 6.1kg.cm(4.8V) 7.7kg.cm(6.0V)v工作角度：45度舵機的基本參數 （HS-925）2007-1-29東北大學 王明順 15舵機控制方法2007-1-29東北大學 王明順 16舵機特性曲線2007-1-29東北大學 王明順 17 軟件計數方式； 定時器中斷方式； PWM硬件產生方式。S12DG128 PWM控制器 8路PWM輸出端口； 獨立的8路8bitPWM輸出，或者4路 16bit PWM輸出；

8、A,B,SA,SB時鐘源。舵機控制信號產生方式脈寬范圍 對應舵機旋轉角度，一方面舵機的極限位置；另一方面考慮到車模轉向的極限?？梢酝ㄟ^測試得到大約40 度左右的旋轉角度；PWM周期 可選擇50-200Hz控制說明 舵機的響應時間對于控制非常重要，一方面可以通過修改PWM周期獲得。另一方面也可以通過機械方式，利用舵機的輸出轉距余量，將角度進行放大，加快舵機響應速度；關于舵機控制信號的說明2007-1-29東北大學 王明順 19關于舵機控制的改進說明采用不同的電壓等級機械結構上變化2007-1-29東北大學 王明順 20關于智能車的轉速測量 轉速測量在電機速度控制中起著重要作用。通常的轉速測量方式

9、有以下幾種，可以依據實際情況進行靈活選用。p編碼器 信號穩(wěn)定，但價格與測量精度要求成正比。p測速電機 利用單片機AD口進行采集信號，但測量精度不高。p自制編碼器 價格便宜，易于安裝備調試，能夠保證測量精度要求，但使用的計算機機時較多。2007-1-29東北大學 王明順 21關于智能車的電源設計 一般來講，舵機、傳感器和MCU需要穩(wěn)壓控制。采用基本的穩(wěn)壓芯片, 如7805采用開關型穩(wěn)壓集成電路, 如LM2576/2575采用低壓差線性電源器件, 如TPS73XX2007-1-29東北大學 王明順 22 智能車引導線識別的好壞取決于檢智能車引導線識別的好壞取決于檢測元件與算法。測元件與算法。 檢測

10、元件檢測元件u 紅外傳感器紅外傳感器u 圖像傳感器圖像傳感器u 其他其他三、路徑檢測q被動式q主動式v 數字式v 模擬式 關于紅外傳感器作為路徑識別的檢測元件的詳細論述，可以參考清華大學黃開勝老師的智能光電傳感器布局對路徑識別的影響研究，借此大家可以借鑒一下韓國汽車大賽路徑檢測的經驗。紅外傳感器用于路徑檢測2007-1-29東北大學 王明順 24線陣列線陣列 線陣列圖像傳感器類似于模擬式紅外傳感線陣列圖像傳感器類似于模擬式紅外傳感器。它只掃描前方一行的數據信息，但是環(huán)境器。它只掃描前方一行的數據信息，但是環(huán)境影響小。影響小。面陣列面陣列 前方路徑感知的情況決定了智能車的控制前方路徑感知的情況決

11、定了智能車的控制性能。視頻圖像傳感器的主要特性就是盡可能性能。視頻圖像傳感器的主要特性就是盡可能早的感知前方路徑信息，使得控制器能夠預動早的感知前方路徑信息，使得控制器能夠預動作。作。圖像傳感器用于路徑檢測2007-1-29東北大學 王明順 25圖像傳感器的接口類型u USB接口（微機用）u 全電視信號輸出（安全監(jiān)控用）2007-1-29東北大學 王明順 26傳感元件的安裝 選擇了傳感元件以后，需要通過反復試驗來決定傳感元件的幾何位置，從而選擇一組適合于智能車性能最佳的安裝參數。l 紅外傳感器：安裝個數、布局與向前伸出的長度對動力學性能的影響。l 圖像傳感器：攝像頭的安裝高度、視角與對智能車動

12、力學性能的影響。2007-1-29東北大學 王明順 27四、控制方案簡介 針對智能車這個具體的研究對針對智能車這個具體的研究對 象，常見的控制方案有以下幾種：象，常見的控制方案有以下幾種：2007-1-29東北大學 王明順 28A. 速度V恒定的隨動控制方案2007-1-29東北大學 王明順 29 辨識原理：通過記憶一定次數的歷史路徑信息，來對前方的路徑信息進行預測。如設定某時刻內為同種路徑信息，那么在將來的一定時間內也可認為路徑形式與歷史路徑同，從而形成一種試探性的前行。B. 辨識隨動控制方案(V可變)2007-1-29東北大學 王明順 30C. 記憶控制方案 記憶控制方案記憶控制方案的實現(xiàn)

13、是通過反復查表來實的實現(xiàn)是通過反復查表來實現(xiàn)的，具體實現(xiàn)如下現(xiàn)的，具體實現(xiàn)如下：編碼值編碼值 3編碼值編碼值特征值特征值 1 2 1 2 3 4 4 數據值數據值2007-1-2931編碼值編碼值速度值速度值編碼值編碼值轉角值轉角值編碼值編碼值控制部分控制部分 速度速度 轉角轉角 v1 a1 a2 v2 . . 1 2 1 2 3 . 1 2 3 .V1V2V3a1a2a32007-1-29東北大學 王明順 32編碼值控制部分轉速（cm/s）轉角幅度0a1400 50%a1 a242050%a2 a313070%a3 a411030%-2007-1-29東北大學 王明順 33D.切換控制的控制方案 根據根據CCDCCD圖像傳感器是別的路徑結果，圖像傳感器是別的路徑結果，定制了不同路徑情況下的控制器，根據路定制了不同路徑情況下的控制器，根據路徑決策的結果進行不同控制器之間的切換。徑決策的結果進行不同控制器之間的切換。以下是其決策框圖：以下是其決策框圖：2007-1-2934切換控制的控制框圖切換控制的控制框圖2007-1-29東北大學 王明順 3